聚氨酯弹性纤维的生产原理.ppt

聚氨酯弹性纤维的生产原理,-AP09111 董猛,一、聚氨酯弹性纤维的结构 聚氨酯弹性纤维是以聚氨基甲酸酯为主要成分的嵌段共聚物纤维。 式中：Re脂肪族聚醚二醇或聚酯二醇基 R1次脂肪族基，如CH2CH2 R2次芳香族基 软链段：非结晶性的低相对分子量脂肪族聚酯（10005000）或脂肪族聚醚（1500 3500），Tg=5070，链段长度1530nm，为硬链段的10倍，常温 下处于高弹态，纤维被拉长时，软链段能伸展变直，纤维被拉长变形。 质量= 65%90%总质量，连续相； 硬链段：结晶且能发生横向交联的二异氰酸酯和扩链剂,相对分子质量（500700）,链段短，苯环的刚性和强的氢键及结晶性的相互作用使若干硬链段紧紧地聚集成簇状或形成“缚结点”，形成非连续相的“岛”，使聚合物形成三维网状结构，起着大分子链间的交联作用，一方面可为软链段的大幅度伸长和回弹提供必要的结点条件（阻止分子间的相对滑移），另一方面可赋予纤维一定的强度，从而使聚氨酯纤维具备高弹性。,聚氨酯的合成,一、原料的准备 芳香族二异氰酸酯 硬链段，二苯基甲烷4，4二异氰酸酯（MDI）或2，4甲苯二异氰酸 酯（2，4TDI）；此外，还有2，6甲苯二异氰酸酯、l，4苯二异氰酸 酯、1，5萘二异氰酸酯。 二羟基化合物 软链段，其相对分子质量越大，聚合物的分子极性越小，分子链越柔软。相对分子质量8003000，分子两个末端基均为羟基的脂肪族聚酯或聚醚。 脂肪族聚醚：聚醚多元醇（聚氧乙烯、聚氧丙烯、聚四亚甲基醚二醇） 脂肪族聚酯：聚酯多元醇（聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸丙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯） 扩链剂 分子链增长作用，低分子化合物（二胺类、二肼类、二元醇）。 添加剂 催化剂（叔胺类化合物或有机锡化合物）、抗氧化剂（抗氧化剂3114）、抗 静电剂（烷基三甲基氯化铵）、光稳定剂、消光剂（二氧化钛）、润滑剂、颜料 等添加剂。,二、聚氨酯的合成 一步法：将聚合物二醇和扩链剂低分子二醇同时加入反应体系中，聚 合物二醇和低分子二醇交替与异氰酸酯基作用生成聚氨酯大 分子； 两步法：首先由脂肪族聚醚或脂肪族聚酯与二异氰酸酯加成生成预聚 体，预聚体的端基为异氰酸酯基（NCO），平均相对分子质 量较低（ 5000），然后在预聚体中加入扩链剂进行反应，扩 链剂（低分子二醇或二胺）中的双官能团（OH或NH2）与 预聚体分子中的异氰酸酯基反应，使分子链进一步扩展，生成 相对分子质量在21045104之间的嵌段共聚物。 以两步法为例，介绍聚氨酯的合成。 （一）预聚体的制备,（二）扩链反应 二元醇作扩链剂 二元胺作扩链剂,聚氨酯弹性纤维的纺丝成型,干法纺丝、湿法纺丝、熔体纺丝、反应纺丝,一、干法纺丝 产品质量优良、强度高、弹性恢复率好、细旦及中旦丝 ，纤度范围为2.2 29.2dtex；纺速300600m/min。 （一）纺丝原液的准备 分子量10003000的含二个羟基的脂肪族聚醚与二异氰酸酯按12的摩尔比 进行反应生成预聚物。一般来讲，聚酯二醇不能用于干法纺丝，因为纺丝时的脱 溶剂困难。 硬链段多采用二苯基甲烷4，4二异氰酸酯（MDI）； 软链段选用聚四亚甲基醚二醇（PTMG）（也称聚四氢呋喃PTHF）。 溶剂：二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基乙酰胺（DMAc） （二）纺丝成型,干法纺丝工艺流程示意图,二、湿法纺丝 生产过程中污染大、纺丝速度慢、成本高。 工艺过程：预聚体的制备、纺丝原液的准备、湿法纺丝、后处理纺丝原液纺丝泵（过滤）从喷丝板进入温水（90）再生槽凝固浴脱去溶剂丝条洗涤干燥卷绕成型 湿法纺丝采用DMF为溶剂，预聚体的制备和纺丝原液的准备与干法纺丝类似。 纺丝原液（浓度5%35%）经混合、过滤、脱泡后送至纺丝机，再经过滤、分 配、稳压后，通过计量泵打入喷丝头，从喷丝孔挤出的原液细流进入由水和15% 30%溶剂组成的凝固浴中。当纺丝聚合物从喷丝孔挤出时，由于纺丝聚合物中的溶 剂浓度大于凝固浴中的浓度，纺丝聚合物溶液中的溶剂便向凝固浴中扩散，细流中 聚氨酯浓度不断提高，纺丝聚合物溶液细流的表面开始凝固，逐步从凝固浴中析出 形成初生纤维，但是初生态纤维的抗拉强度很低，不能承受过大倍数的喷丝板拉 伸，故采用负拉伸、零拉伸和拉伸倍数不大的正拉伸。纤维在凝固浴出口按所需线 密度集束，并假捻成圆形截面的多股丝，合股后的丝条经与丝条逆向的多级萃取液 洗涤，洗去纤维中残存的溶剂，并在加热辊上进行干燥、控制收缩热定型、上油等 工序，最后卷绕在单独的筒管上。一条湿法纺丝生产线往往可以同时生产100300根多股丝。,氨纶湿法纺丝示意图,凝固浴：水+溶剂，凝固浴中DMF或DMAc的质量分数15%30%。 湿法纺丝的纤维中含有大量的溶剂，萃取液与丝条的运动方向相反，向机头方向流动。浴槽需20m长，前几浴为凝固浴，后几浴为水洗浴。为了保持溶剂浓度的恒定，必须连续除去溶剂水混合物，并不断地添加蒸馏回收的溶剂以补充。湿法纺丝的溶剂须蒸馏后回收。,San 、熔融纺丝 熔纺氨纶丝质柔软；耐气候佳、保存时间长；单根纤维均一性良好；热定型性良好；产品品种变换快；熔融纺丝工艺流程简单，设备投资低，生产效率高，不使用溶剂、凝固剂，无废水废液处理问题，生产成本低. 熔纺氨纶的生产方法大致分为3种: 一步法、二步法与封端法。 （一）一步法 将聚氨基甲酸酯原材料聚酯或聚醚二醇与二异氰酸酯(MDI) 和短链脂肪族二醇扩链剂按一定配比(二异氰酸酯需过量) 在螺杆挤出机熔融聚合、造粒, 经干燥、熔融、计量、纺丝、卷绕、上油、平衡等工序,即得到熔融纺丝氨纶产品。,（二）二步法 二步法又称为预聚体法，是将聚氨酯切片熔融后，加入二异氰酸酯基过量的预聚体，和羟基过量的聚氨酯发生交联反应，修补断裂的软段,改善纤维的热性能和弹性回复率。 工艺流程: 该生产方法大都是首先合成弹性体，弹性体经过螺杆挤压机熔融、挤出，在螺杆的出口处与预聚体在静态混合器充分混合后，通过计量泵、分配板到达喷丝板纺丝。,熔纺聚氨酯纤维纺丝工艺流程图 1聚氨酯湿切片料罐 2干燥塔 3螺杆挤出机 4预聚体罐 5预聚体计量泵 6熔体计量泵 7纺丝箱 8侧吹风装置 9纺丝甬道 10第一导丝辊 11第二导丝辊 12卷绕头,三）封端法: 以封端剂（例如酚、胺等）将MDI分子上的异氰酸基先行封闭，合成一种稳定衍生物，然后与聚氨酯弹性体混合进行纺丝。在挤出时此衍生物是稳定的，在纺丝时解封闭，使- NCO 基团再活化，解封闭后的由- NCO 基团在纤维固化成形过程中与聚氨基甲酸酯大分子发生交联，使纺丝过程中弹性体耐热性能提高，有利于熔纺，同时提高了纤维的物理机械性能，这种衍生物称为潜在交联剂。,熔纺氨纶挤压系统,熔纺氨纶纺丝系统,熔纺氨纶卷绕系统,